專利名稱：制備光纖耦合器的方法和裝置的制作方法
本申請是1998年3月23日提交的題為“制備光纖耦合器的方法和裝置”的第96197218.1號中國專利申請的分案申請。
背景技術：
本發(fā)明涉及光纖耦合器的自動制備。
外包層光纖耦合器是一種熔融纖維耦合器，其中耦合區(qū)被包圍在一層基架玻璃內以強化并包圍耦合區(qū)。為了形成外包層光纖耦合器，把許多纖維的剝離部分插入到玻璃管毛細管的孔中，形成一個耦合器雛形。管孔具有便于光纖插入的漏斗形端口部分。對耦合器雛形的中部區(qū)加熱，使玻璃管坍塌在纖維上；然后對耦合器雛形進行拉伸直至獲得所需耦合特性為止。在Re35138、4902324、4979972、5011251、5251276和5268014號美國專利中公開了各種外包層光纖耦合器及其制備方法。這些專利中所揭示的方法包括許多手工操作的步驟。
根據(jù)傳統(tǒng)實踐，其手工操作纖維抽拉裝置的方向調整為使管子垂直定位。纖維或是在線或是脫線地被插入到管中。脫線纖維插入過程(第4902324號美國專利)需要把纖維臨時粘合到管子上，以防止在把耦合器雛形傳送到耦合器抽拉裝置步驟期間纖維相對管子移動。臨時粘合膠液會在最終的耦合器中產(chǎn)生一些問題。并且，脫線的方法需要增加將管子傳送到抽拉裝置的步驟。以前采用的在線或脫線地將纖維插入到管子中的方法一直是麻煩的、費時的、且因操作者而異的過程。這會影響過程的重復能力，因此影響耦合器的光纖特性。
在把光纖插入管中之前必須對其作些準備。要在耦合器抽拉操作期間將被定位在管子中的部分纖維上揭去保護層。如果光纖的裸露部分位于纖維的端部，那么最好使之具有低反射比的端面。在第4979972和5011251號美國專利中揭示了形成這種端面的脫線過程。此外，裸露部分必須不受沾污。這些纖維制備步驟的手工性能是費時的而且受到操作者的具體操作的影響。
從纖維及其端面上剝離涂層、以及把纖維剝離區(qū)插入外包層管中期間，都必須精確地對纖維進行定位。
在手工制備外包層光纖耦合器的技術中，要將纖維穿過玻璃管，把管子夾到抽拉裝置中。此后，從玻璃管延伸的纖維引線被插入到真空附件中，然后該附件被固定到管子的端部。對于光纖耦合器的自動制造裝置而言，這種真空附件是不適合的。形成外包層光耦合器的較佳熱源具有一個把火焰向內對著玻璃管的環(huán)形燃燒器。迄今為止，玻璃管一直是以手工方式插入環(huán)形燃燒器，然后夾住其端部。這種燃燒器不適合用在完全自動化的裝置中。
在自動制造光纖耦合器的過程中，能夠在高于上述手工過程所能達到的速率下制造耦合器。在對每個耦合器拉伸期間必須激發(fā)熱源。這會引起裝置中靠近熱源附近的特定部件的溫度高于它們在手工操作過程中的溫度。這些裝置部件和耦合器環(huán)氧樹脂中有一些可能會由于溫度高而損壞或者會產(chǎn)生尺寸變化，由此而影響過程的重復性。為了避免這種由熱而引起的損壞，必須采取預防措施。
通過拉伸外包層管和纖維形成耦合器后，將諸如紫外(UV)固化環(huán)氧樹脂的膠液插入到管孔的未坍塌端部，給纖維提供拉力強度。傳統(tǒng)的脫線環(huán)氧樹脂施加和固化技術不適合用在耦合器的完全自動制備過程中，因為它們不會使足夠量的環(huán)氧樹脂施加到孔的兩端，而且它們是費時的過程。
發(fā)明大意鑒于傳統(tǒng)光纖耦合器制造方法的上述缺點，本發(fā)明的一個目的是提供一種精確且自動制造具有預定耦合特性的光纖耦合器的裝置和方法。另一個目的是提供一種能夠減少或消除因操作者引起的過程不一致機會的耦合器制造裝置和方法。
本發(fā)明涉及制造光纖耦合器的各種裝置部件和方法步驟、完整地利用本發(fā)明導致光纖耦合器的完全自動產(chǎn)生。然而，也能夠采用本發(fā)明方法和裝置中的一部分來改善上述這類的傳統(tǒng)方法。雖然本發(fā)明的描述是結合外包層光纖耦合器的制造的，但其裝置的某些部件亦能用于制造兩根或多根纖維被熔融在一起并被拉長而不采用用外部保護玻璃管的熔融雙圓錐形耦合器中。
本發(fā)明涉及一種自動制造光纖耦合器的裝置。纖維插入裝置包括相鄰設置的纖維導管，它把光纖插入到玻璃管中。纖維導管具有纖維輸入端和纖維輸出端，纖維輸出端可相對玻璃管的孔縱向移動。提供一個把光纖傳送到纖維導管輸入端的裝置，光纖的第一端穿過纖維導管并能從導管第二端傳出和縮回。提供一個順次使每根光纖繃緊并從每根光纖的繃緊長度剝離保護層的裝置。所述自動制造裝置包括一耦合器抽拉裝置，它設有把玻璃管的端部固定的上、下卡盤。卡盤可以在相反的方向上移動。在把纖維的剝離區(qū)插入到孔中后，第一和第二真空密封裝置對孔抽真空并維持玻璃管端部的密封。加熱裝置對玻璃管進行加熱。程序控制裝置控制所述裝置的操作。
耦合器抽拉裝置可包括一個上卡盤中嵌入有上V形槽的上夾板和一個下卡盤中嵌入有下V形槽的下夾板；夾板把可重復其大小的力施加到玻璃管上使之固定在V形槽中。
自動制造裝置可包括把玻璃管從儲料箱傳送到卡盤的傳送裝置。這個裝置可包括帶槽的夾持構件、把管子從儲料箱傳送到槽去的傳送裝置、以及夾住管子的夾緊裝置?？梢园ㄊ共ＡЧ芫_地定位在槽中的裝置。當它處于第一位置時，夾緊裝置使夾持的玻璃管嵌入槽中，然后夾緊裝置移動到第二位置，將玻璃管放在耦合器抽拉裝置的卡盤中。
把光纖傳送到纖維插入裝置的裝置可包括至少兩個光纖供料源和一個纖維供料機構，該機構把預定長度的每根光纖從源釋放到纖維插入裝置。程序控制裝置控制纖維傳送裝置，由此測量光纖到達預定長度。即從纖維傳送裝置引出或縮回到纖維傳送裝置中的纖維精確量。
纖維供料裝置可包括接收卷軸上光纖的輸入導管和與纖維插入裝置的纖維導管相連接的輸出導管。在從動滾柱與電機驅動滾柱之間設置沿輸入與輸出導管之間延伸的纖維。當從動滾柱嚙合在電機驅動滾柱上時，傳送纖維或者讓纖維從輸出導管縮回。有接頭與輸出導管相連接，用于把氣體引入到其中，降低纖維導管與光纖之間的摩擦。
在纖維供料裝置附近設置一個潤滑劑發(fā)放管，它從供料管端伸出一段距離，當通過玻璃管的孔插入光纖時對玻璃管孔進行潤滑。
順次地將每根光纖繃緊的裝置可包括一對上、下帶夾，順次地將一定長度的每根光纖夾在其當中并繃緊。剝離光纖保護層的裝置包括一個剝離噴嘴，它可以在相對帶夾之間繃緊的光纖長度上橫向移動和旋轉。當剝離噴嘴沿有涂層纖維移動時，噴嘴噴射出熱的惰性氣體，從一段長度的纖維上剝離保護層。
自動制造裝置包括在光纖上形成低反射端的裝置。球形端處理火炬相對帶夾之間繃緊的光纖作垂直和水平移動?；鹁媲懈罟饫w后，從相反的方向上收縮帶夾。
可以提供底部夾緊裝置，用于夾住從遠離纖維插入裝置的玻璃管端部延伸的一根或多根光纖。
加熱裝置較佳地應位于遠離卡盤的地方。把已剝離纖維定位在管孔中后，加熱裝置移動到卡盤附近位置。加熱裝置可以由靠近和環(huán)繞玻璃管的兩個部分形成。
上、下卡盤使玻璃管部分屏蔽于加熱裝置，此外，通過水冷方式將卡盤維持在控制溫度下，以增強過程的重復產(chǎn)生能力。
對玻璃管中部區(qū)加熱后，從相反的方向上移動卡盤，對管子進行拉伸。傳送纖維的裝置和上卡盤較佳地應安裝在第一移動臺上，下卡盤和底部夾具較佳地應安裝在第二移動臺上，由此，在拉伸管子時從相反的方向移動傳送纖維的裝置和底部夾具。
自動制造裝置包括在形成耦合器后把膠液施加到玻璃管孔中的裝置和膠液被施加到孔中后對其固化的裝置。對膠液固化的裝置包括被順次定位在玻璃管每一端的紫外光源。
又一個實施例包括第一和第二纖維插入裝置，每個裝置能夠把至少兩個光纖插入玻璃管。給第一和第二纖維插入裝置各提供至少兩個相鄰的纖維導管，導管可相對管孔縱向移動。設置一個使第一和第二纖維插入裝置相對管孔側向移動的裝置。當其與在每根光纖中形成剝離區(qū)的第一和第二裝置一起使用時，這個裝置是尤其有用的。當?shù)诙w維插入裝置設置在形成剝離區(qū)的第二裝置附近時，可以把第一纖維插入裝置設置在玻璃管附近。
再一個實施例是關于對光纖進行改進的裝置。它包括把光纖傳送到纖維導管使得纖維能夠在纖維導管中進出移動的裝置。提供一個把纖維導管從多個工作站中的一個移動另一個的裝置。這個裝置可包括使纖維導管向第一工作站移動和從第一工作移出的裝置。
本發(fā)明還涉及一種自動制造光纖耦合器的方法。將玻璃管放入耦合器抽拉裝置中，這里用上、下卡盤夾住其端部區(qū)。至少兩根光纖被傳送到纖維插入裝置。當每一段上、下帶夾之間的光纖被繃緊時，從每根光纖上剝離保護層，然后把纖維插入玻璃管，使剝離區(qū)在孔中。對玻璃管兩端抽真空并對管子加熱。在相反的方向上對玻璃管的端部區(qū)進行抽拉，形成錐形耦合區(qū)。制造方法的各個步驟是由程序控制裝置控制的。
通過把玻璃管端部區(qū)中一個固定在上卡盤V形槽與上夾板之間，把玻璃管端部區(qū)中另一個固定在下卡盤V形槽與下夾板之間，上、下夾板將力施加到玻璃管上使玻璃管固定在上、下V形槽中，在耦合器抽拉裝置中就能夠夾住玻璃管。為了提高過程的重復產(chǎn)生能力，可以將上、下卡盤維持在控制溫度下。
通過把玻璃管從玻璃管儲料箱自動地傳送到耦合器抽拉裝置，能夠將玻璃管放入耦合器抽拉裝置中。
通過把纖維料源的每根光纖釋放到纖維插入裝置的纖維導管中，將光纖傳送到纖維插入裝置。纖維導管可相對玻璃管的孔縱向移動。將氣體引入到纖維導管中，能夠降低纖維與導管之間的摩擦和去除進入導管中的纖維碎片。
通過使纖維導管定位在下帶夾之上，一定長度的光纖通過纖維導管中的一個導管傳送到下帶夾，該帶夾在第一位置上夾住光纖，在纖維上形成剝離區(qū)。使導管向上移動，使得上帶夾能夠在第二位置夾住纖維。然后使第一與第二位置之間的纖維繃緊。將熱惰性氣體噴氣噴射到預定的繃緊纖維區(qū)上，對其加熱并從其上剝離涂層。
把光纖插入玻璃管之前，可以在光纖上形成低反射端。在兩個間隔點之間使光纖繃緊。將球形端處理火炬從給定位置向相對光纖的給定方向移動，使得一部分火焰把光纖切割成兩段，每個段為錐形端。收縮錐形端中的至少一個端，使之遠離錐形端中另一端?；鹁胬^續(xù)移動，使火焰對收縮的錐形端進行加熱，導致該錐形端變短和變圓。
當光纖插入玻璃管中時最好將潤滑劑發(fā)放到管中。這可以通過把發(fā)放管設置在纖維導管附近并使?jié)櫥瑒┰谄渲邪l(fā)放而完成。
本方法進一步包括在形成錐形耦合區(qū)后將膠液施加到玻璃管孔的未坍塌端上。通過將紫外光束照射在玻璃管每個端部區(qū)同時把膠液施加到孔端，能夠開始對膠液進行固化，當膠液與光束接觸時便停止膠液的流動。將膠液施加到孔中之后，通過順次地將紫外光纖定位在玻璃管每個端部區(qū)上，能夠進一步對膠液固化。
附圖簡述

圖1和2以圖示方式示出光纖耦合器自動制造裝置。
圖3示出圖4至7之間的空間關系。
圖4和5是光纖耦合器自動制造裝置的頂部和底部的正視圖。
圖6和7是光纖耦合器自動制造裝置的右上部和中部的放大圖。
圖8示出毛細管傳遞裝置。
圖9是毛細管儲料箱的截面圖。
圖10以圖示方式示出毛細管定位裝置。
圖11a和11b分別是毛細管止動卡盤的側視圖和俯視圖。
圖12是毛細管止動卡盤和真空密封裝置的斜視示意圖。
圖13是止動管的端視圖。
圖14是沿圖13的14-14線截取的截面圖。
圖15a是纖維供料裝置的部分截面圖的端視圖。
圖15b是沿圖15a的15b-15b線截取的截面圖。
圖16是圖15a和15b中所用的從動滾柱的截面圖。
圖17是在纖維剝離、切割和端處理操作中所使用的一對纖維繃緊夾具的側視圖。
圖18a和18b這對纖維繃緊夾具的俯視圖。
圖19示出剝離噴嘴定位裝置。
圖20以圖示方式示出涂層剝離噴嘴的操作。
圖21是纖維端處理火炬的定位裝置的斜視圖。
圖22、23、24和25以圖示方式示出纖維端接火炬的操作。
圖26是真空密封裝置的正視圖。
圖27是真空密封裝置的俯視圖。
圖28是沿圖26的28-28線截取的截面圖，表明左上部真空密封裝置。
圖29是側視圖，表明毛細管固定夾具與右上部真空密封裝置之間的關系。
圖30和31分別示出耦合器抽拉裝置燃燒器的側視圖和俯視圖。
圖32示出沿圖31的32-32線截取的截面圖。
圖33和34分別是環(huán)氧樹脂施加裝置的側視圖和正視圖。
圖35是斜視圖，表明紫外光源定位裝置。
圖36是管子12’出現(xiàn)在耦合器抽拉裝置中時的截面圖。
圖37是把環(huán)氧樹脂加到其端部的部分截面圖。
圖38和39示出提供6繞1和8繞1纖維結構的導管配置。
圖40以圖示方式示出采用兩個剝離和端面處理站的耦合器制造裝置。
圖41以圖示方式示出將光纖定位在多個工作站上的裝置。
詳細描述發(fā)明概要參考圖1和2，簡要地概述本發(fā)明的裝置和方法，圖1和2以圖示方式示出光纖耦合器自動制造裝置10。結合本概述以及下面的更詳細描述，說明制造1×2外包層光纖耦合器的步驟。所有參考x，y和z方向是指在不同附圖(包括圖2在內)中所示的軸。
(1)玻璃管傳送裝置11包括一個管夾持裝置14，它把玻璃毛細管12從儲料箱13中傳送到耦合器抽拉裝置63，這里，分別用上、下卡盤64和65固定其端部區(qū)。用12’表示被卡盤夾住的玻璃管。
(2)通過纖維供料裝置23分別將纖維16和17從卷軸18和19傳送到纖維插入裝置50。
(3)順次將纖維從纖維插入裝置饋送到剝離/端處理裝置56，這里，順次將纖維固定在夾具57和58中，使得一部分有涂層纖維在兩個夾具之間繃緊。
(4)剝離噴嘴59噴射熱惰性氣體噴氣，噴氣橫穿有涂層纖維區(qū)，剝離其上的涂層。
(5)在適當?shù)臅r候，用端處理火炬60切割在夾具57和58之間延伸的裸露纖維并在裸露的被切割纖維端的一端或兩端上形成低反射的端面。
(6)將纖維插入管子12’中，使得裸露部分的纖維延伸在管子的孔中。打開閥門43，通過發(fā)放管44把來自源42的乙醇滴發(fā)放到玻璃管12’的上端，當纖維通過玻璃管時對孔進行潤滑。采用底部夾具69拉緊和繃緊從管子12’的底端延伸出的一根或多根纖維同時將它們饋送到其上端。
(7)將通過管子12’延伸一根或多根纖維的端部加接到與測量系統(tǒng)46中一個或多個光源連接的一根或多根光纖上。
(8)關閉管子12’底端上的底部真空密封裝置67，從孔中抽取乙醇。
(9)關閉管子12’頂端上的頂部真空密封裝置66，對管子12’的孔抽真空。
(10)點燃分置式燃燒器68，圍住管子12’，對其中部區(qū)加熱。
(11)在相反的方向上分別橫移上、下卡盤64和65，對管子12’進行拉伸，形成錐形耦合區(qū)。
(12)打開真空密封裝置66和67。
(13)把來自上、下環(huán)氧樹脂定位的紫外光源(圖12和37)的光束照射在被拉伸管子12’的上、下端。
(14)環(huán)氧樹脂發(fā)放裝置72移動到抽拉裝置63，將環(huán)氧樹脂發(fā)放器73和74定位在管子12’的上、下斗上。通過針把環(huán)氧樹脂發(fā)放到斗中。當環(huán)氧樹脂流動到管孔的未坍塌端中時，環(huán)氧樹脂定位紫外光束使環(huán)氧樹脂固化并防止它在孔中的滲透超過預定深度。
(15)抽回環(huán)氧樹脂發(fā)放裝置，順次把紫外光源裝置70定位在新形成的耦合器的上、下端附近，對環(huán)氧樹脂進行固化。保持對環(huán)氧樹脂定位紫外光束激勵。
(16)從抽拉卡盤釋放耦合器機體。測量耦合器頂端上的纖維引線長度是否為所需長度并對其進行切割，由此，能夠從自動制造裝置上卸下耦合器。
諸如電機、氣動氣缸、夾緊裝置和甲烷和氧流量控制器等各種部件是由程序控制器控制的。
各部件的介紹制造裝置10的所有部件或是直接被固定或是通過支撐、托架之類固定在背板200上。在圖中未示出所有的支撐。部件相對背板200的取向有時相對x-軸、y-軸或z-軸給出。背板200位于x-y平面內。部件在+z方向的移動意味著在背離背板200的方向(在圖4和5中由圖紙向外)移動。
圖8-10更詳細地示出管子傳送裝置11。通過雙活塞旋轉缸(未示出)使開槽的圓柱體84旋轉180°，然后再返回。這類氣缸是由兩個提供直線運動的活塞組成的，通過一個齒條齒輪傳遞裝置把活塞提供的直線運動轉變?yōu)樾D運動。毛細管12被儲存在儲料箱13中并以重力方式饋送到傳送位置(堆積的儲存管的底部)，從這里它們落入槽83中。儲料箱13位于給料器82中。該給料器中裝有圓柱體84，當圓柱體84旋轉時，一根管子被傳遞到具有V形槽的構件86中的拾取位置85。驅動氣缸87，使得活塞88將管子12的一端抵在擋塊89上，以精確地對管子定位。可以調節(jié)擋塊89的位置，以容納不同長度的管子。
給料器82安裝在臺子101上，通過驅動氣缸103能夠使臺子101在滑板102上垂直往復運動。夾緊裝置93安裝在臺子94上，通過驅動氣缸96能夠使臺子94在滑板95上前后往復運動。用彈簧可張開夾具92，通過驅動機構93中的雙活塞(盤形)缸可閉合夾具92。
驅動氣缸96使夾具92位于開槽構件86中拾取位置中的管子周圍。驅動機構93，使得夾具92夾住管子12，然后驅動氣缸103，使得V形槽構件86向下平移。然后驅動氣缸96，使夾具從儲料箱退出。
夾具滑板95安裝在臂107上，通過雙活塞旋轉氣缸機構106與支撐托架108旋轉連接。當驅動機構106時，臂107旋轉約90度使夾具機構93位置與耦合器抽拉裝置63對準，這里，夾具92中的管子直接位于卡盤64和65的V形槽之前。
對于所公開的給料器可以做出各種改進。如果采用諸如彈簧一類的裝置把管子提供給圓柱體84，則可以不要以重力的方式供給管子。而且，可以采用帶有多個槽的輪子來代替圓柱體84。從提供的管子中有一根玻璃管進入開槽輪子的一個槽中并隨之旋轉直至它到達把管子從該槽中落到V形槽86的方向為止。也能夠用一對順次工作的閘門來代替圓柱體84，這對閘門能夠防止線性提供的管子中頭兩個管子移動。第一個閘門持有緊靠著的一根管子，收縮該閘門使得該管子滾動到有槽的構件中去，而第二個閘門持有倒數(shù)第二根管子，以防止其余的管子也滾動到有槽的構件。然后第一個閘門移動到位，而第二個閘門收縮，以允許提供的管子滾到第一個閘門。
圖11a、11b、12和29示出卡盤64和65。在圖12的示意圖中未示出支撐構件?？ūP包括安裝板110和V形槽板111。通過一系列支撐構件(也可參見圖27和28)分別把上、下抽拉卡盤64和65固定在可垂直移動的上、下抽拉臺299和300上(參見圖4和5)。在圖12中，上托架中的所有部件通過支撐構件283與上移動臺299連接，下托架中的所有部件通過支撐構件284與下移動臺300連接。通過旋入孔112中的螺栓114，把管夾板113用樞軸方式安裝在板111附近的凹陷區(qū)。氣缸117的桿116用樞軸方式固定到夾板113。
驅動氣缸96(圖8)使管子(現(xiàn)在用12’表示)位于卡盤64和65的V形槽中以后，驅動氣缸117使得夾板把管子固定在槽中。
由于管子已經(jīng)精確地定位在管子傳遞裝置的槽構件86中，在約0.1mm所需位置內把管子的兩端垂直定位在耦合器抽拉裝置中，從而能夠合適地進行施加環(huán)氧樹脂這類操作。對管子進行合適定位還可保證剝離纖維的涂層邊緣將位于管斗中合適深度，從而能夠把環(huán)氧樹脂合適地加入管子的斗和孔中。
由于夾板113是由空氣缸117驅動的，卡盤被設計成能夠自動裝載毛細管同時也能夠把重復負載水平由夾板113施加到管子。通過調整施加到儲氣筒的空氣壓力，能夠控制夾板113施加到管上的力。
真空密封裝置用卡盤部分地屏蔽高溫火焰。當真空密封裝置關閉時，由卡盤使彈性密封裝置288擋開了火焰。對卡盤進行水冷卻允許耦合器抽拉過程具有較短的周期，否則在制造幾個耦合器后，由于卡盤會變得太熱，不能維持過程的一致性。不管各次操作之間定時差如何，從溫控水箱泵抽取的冷卻水可維持正確的溫度。卡盤溫度偏離給定溫度范圍會影響最終耦合器的光學特性。
圖1、2、15a、15b和16示出傳送纖維的裝置。纖維卷軸18和19是非旋轉安裝的，是這樣相對供料裝置23定位的，即把被卷在其上的纖維16和17分別釋放到纖維供料裝置。纖維16和17的端與被傳送到纖維插入裝置50的這些端相反，測量引線20和21分別與測量系統(tǒng)46中的檢測器連接。由于限制卷軸旋轉，有可能作出這種的配置。通過對卷軸與纖維供料裝置之間引導斗15定位，能夠方便對卷軸18和19之間延伸的纖維的管理。將斗的較大端定位在卷盤附近。將泡沫材料22任意放在斗的較小端，泡沫材料被切開或折疊，以包圍其中通過的纖維。用乙醇濕潤泡沫材料以去除纖維中的灰塵和碎片。無論是斗還是泡沫材料都不是裝置正確操作所必須。市場上提供的空氣去離子器33可去除纖維上的靜電。這種空氣去離子器可以位于裝置的不同位置上，將去離子的空氣吹入纖維中。
如果采用旋轉的纖維卷軸，就要通過旋轉連接器把測量引線20和21與測量系統(tǒng)相連接。甚至，不需要把纖維存儲在卷軸上。而是可以把纖維僅卷成圈或存儲在箱子中。
圖15a、15b剖面線部分(滾柱組件除外)為固定位于裝置中的鋁板。用可逆步進電機25使?jié)L柱24旋轉。位于滾柱24附近的是由氣體操縱的氣缸28、29和121驅動的從動滾柱26、27和122。給滾柱24設置一個橡膠套筒119，給從動滾柱設置橡膠套筒120。氣缸28、29和121通常接收壓縮氣體輸入，對滾柱26、27和122進行偏置，使它們與滾柱24間隔開來。也可以采用諸如彈簧的裝置進行這種偏置功能。然而僅需要圖2中所示的兩個從動滾柱26和27形成一個1×2耦合器，圖15b的裝置還包括另外兩個從動滾柱122及其驅動氣缸121。為了供給四根以上的光纖，能夠給裝置設置另外的從動滾柱。另外，除了裝置23以外，在制造裝置10中能夠采用另一種類似與裝置23的纖維供料裝置。例如，為了供給十根纖維，裝置10可以采用兩個纖維供料裝置，每個裝置供給五根纖維。
氣缸28、29和121固定在滾柱安裝板123上，安裝板123固定在球形滑板移動臺125上。把這些球形滑板的固定臺124固定到外殼內的鋁板上。用位于固定軛中的螺母擰到活塞桿上。氣缸31是一種盤形氣缸，從中伸出兩根桿127，將其擰到夾具30的金屬塊，給金屬塊提供一合成橡膠層128。給板塊32也提供一合成橡膠層129。
這里所述的球形滑板是由Daedal公司制備的，包括一個H形截面的臺和位于臺中的一個球形滑板。球形軸承位于把臺與滑板分開的(齒條)中的間隔孔中，在臺和球形滑板二者中橫穿(軌道)。
為了把光纖供給纖維供料裝置23，使從動滾柱和夾具30收縮。從各自的從動滾柱上把纖維通過輸入導管132送入與T形連接件39連接的輸出導管133。輸出導管133由托架131支撐，托架由定位架130定位。把足夠長的纖維送入到導管中，在插入裝置50上使之從導管的端部延伸。然后閉合夾具30。用裝置10中的機構(未示出)可以把伸出的纖維切割掉，或者在它們從各自導管中伸出的地方通過使它們陡然彎曲以手工方式切割它們。導管的端部要足夠尖銳，以致在導管端部切割纖維。這是耦合器制造過程的起始位置。
T形連接件38和39位于導管的輸入端40和41附近，它們把氮氣、空氣等氣體帶入到導管中。從輸入端40和41流過的氣體在纖維進入導管前從中吹去灰塵和碎片。在纖維插入裝置50上通過導管流入到其端部的氣體降低了導管與纖維之間的摩擦。
電機25可以是直流伺服電機或是能夠準確地使?jié)L柱24旋轉和對纖維定位的任何其它電機。此外，如果每組滾柱采用一個單獨的電機，那么可以省略夾具30。
纖維插入裝置50(圖2和4)被固定在支撐臂55的一端，臂的另一端與按箭頭所指方向沿軌道54垂直移動的臺52相連接。裝置50包括一個止動管，其中設置有纖維導管35和36和乙醇發(fā)放管44。用環(huán)氧樹脂45把管子35、36和44固定到止動管51的端部(圖13)。止動管51由內徑為0.343cm，外徑為0.419cm，8號304的不銹鋼管制成。為了傳送外徑250微米的鍍膜光纖，形成導管35和36，其內徑0.043cm，外徑0.064cm，23號304不銹鋼管。
采用止動管51和連接件49，使得管子35、36和44能夠方便地相互定位。然而，只要把管子35、36和44膠接在一起形成一個三角形列陣，如圖13所示，就可以省略止動管51和連接件49。又能夠把管子組件固定到支撐臂55上。
如圖13和14所示，止動管51的端部固定在黃銅連接件49的較小直徑部分上并坐在較大直徑端部的肩上。連接件49有一個精密的孔，其直徑恰好足以插入管子35、36和44。導管35和36從連接件49伸出一段較短的距離。所示的乙醇滴140是從發(fā)放管44冒出的，為了防止發(fā)放乙醇流入到導管中，發(fā)放管44比導管35和36伸長一些。
圖17、18a和18b更詳細地示出剝離/終端裝置56。該裝置包括兩個氣動凸輪作用夾持器151和152，它們是由Sommer No.GP-19型超自動凸輪作用夾持器構成的。每個夾持器由一個致動器機構153構成，致動器機構使側向移動構件154沿氣缸155作適當移動。把L形構件156固定到構件154上，其上已經(jīng)加有纖維夾持彈性層157。
基板160安裝在臺161上，臺161可沿滑板162移動，滑板固定在垂直支撐板163上。氣動缸181安裝在臺161上。氣缸181的活塞182被擰到支撐板163中。
把直線滑板165和166安裝在基板160上，其上的安裝托架167和168安裝成可活動的?？烧{節(jié)的螺絲擋塊169限制安裝托架167和168的移動范圍。四個C1ippard氣動活塞(No.SM-3型)171-174安裝在基板160上的托架上?；钊?75和176適合于嵌入從臺167伸出的鍵形物179，活塞177和178適合于嵌入從臺168伸出的鍵形物180。
臺161通常相對支撐板163收縮。驅動氣缸181，使臺161背離板161沿z-軸移動到纖維17在夾具156(圖2中夾具57和58)之間伸展的位置。驅動機構154，使得夾具57和58夾緊纖維。驅動氣動活塞172和173，由此活塞176和177分別嵌入鍵形物179和180。這把力施加到鍵形物上，促使臺167和168在相反的方向上移動，由此使夾緊57和58之間的有涂層的纖維17繃緊。
圖19示出剝離噴嘴59的定位裝置。剝離噴嘴59通過雙活塞旋轉缸機構191與支撐托架190旋轉連接。支撐構件190被固定在受電機195控制的旋轉機構194的旋轉臺193上。機構194由固定在臺197上的臂196支撐，當給電機199通電時，臺197沿軌道198垂直移動。
當用活塞192驅動機構191時，剝離噴嘴59旋轉到水平位置。驅動旋轉機構194和電機199使剝離噴嘴59下降并旋轉到直接處于有涂層的纖維17前方的位置。
圖20示出剝離噴嘴59的工作情況。在耦合器制造過程中所使用的有涂層的光纖210是一種外徑125微米的普通石英單模光纖。光纖上有外徑250微米的尿烷丙烯酸酯涂層212。通過過濾器217和流量計218把諸如氮氣這類惰性氣體源216供給進氣管223。采用一個Convectronics Model 001-10002型管加熱器。噴嘴的出氣端的直徑為1.76mm。氮氣在每分鐘20.9標準升(20.9slpm)速率下連續(xù)流入到進氣管223。當剝離噴嘴不用時，熱氣體排放到排氣口234(圖4)。供給加熱器管220的電壓足以能夠提供使涂層材料融化的氣體溫度。對于剝離尿烷丙烯酸酯涂層，大約820℃的溫度是適合的。剝離噴嘴59安裝在支撐裝置191上，可提供不同的結合圖19所述的移動程度。為了簡化圖20的描述，所述的裝置191能夠繞箭頭226和27所示的軸222旋轉，能夠沿箭頭228和229所示的軸222移動。
沿夾具57與58之間夾持的一段纖維，從點a與b之間的有涂層的纖維210中去除涂層材料212。剝離噴嘴59從其靜止位置旋轉到水平取向。然后向下移動并旋轉到面向有涂層的纖維。參考圖20，在箭頭226所示的方向上剝離噴嘴59繞軸222旋轉直至從管加熱器噴嘴225噴出的熱氣體在幾毫米距離對準有涂層纖維210的側面。經(jīng)過短暫的時間后，它旋轉到有涂層纖維的點a并立刻開始在箭頭229的方向上沿軸222移動。在纖維剝離操作期間，噴嘴225的端部與有涂層纖維之間的距離約為2.86mm。當從噴嘴225噴出的熱氮氣在有涂層纖維上移動時，使涂層材料軟化并從纖維上吹掉。把去除的涂層材料排放到排氣口235(圖4)。在去除有涂層纖維210上點a與b之間的涂層材料后，剝離噴嘴59按箭頭227的方向繞軸222旋轉，使得熱氣體不再對準纖維。暴露的光纖211是足夠清潔的，以致在耦合器制造過程中能夠直接使用，無需作進一步處理。
圖21所示的低反射比端面裝置在光纖的端面上形成低背反射的端面，這是高性能光學元件所需要的。火炬60通過支撐240與垂直臺241連接。當電機243轉動螺紋軸244時，臺241沿軌道242垂直移動。垂直軌道242固定在臺245上，當電機247轉動螺紋軸248時，臺245沿軌道246水平移動。軌道246通過托架249固定在垂直背板200上。在不工作狀態(tài)下，端處理火炬60按圖4所示定位。
圖22至25示出纖維切割和端處理火炬60的工作情況?；鹁?0有一個尺寸為2的尖頭(0.17mm噴嘴開口)。甲烷的流速為每分鐘19標準立方厘米(sccm)，氧氣的流速為25.5sccm，火炬產(chǎn)生適當?shù)幕鹧?。火炬的出口速度不能太高，否則被切割纖維的錐形部分將形成一個鉤。結合圖20所述的已經(jīng)進行剝離的有涂層纖維210被繃緊在夾具57與58之間。正如結合圖17所述的，氣缸172和173已經(jīng)被驅動(而氣缸171和174保持未驅動)，由此活塞176和177分別壓在鍵形物179和180上，導致夾具57與58在相反的方向上移動，由此繃緊纖維。在臺241把火炬60降低到正確的垂直位置后，臺245以38.1厘米/分的速率移動，使火焰260在足夠快的速率下穿過纖維211，火焰基本不會對纖維產(chǎn)生影響。如圖23所述，當可見的火焰260外圍部分在纖維之后約0.25cm時，停止火炬的z-方向移動。使電機247反轉，臺245以38.1厘米/分的速率在+z方向上移動。當火炬向箭頭263所示的方向移動時火焰的外圍部分移動到圖24所示的位置，在這里進行切割并形成錐形端頭區(qū)265和266。當纖維被切割時，夾具57和58向箭頭271和272所示的方向移動直至被止動螺絲停止夾緊機構為止。當火焰260到達圖25所示的位置時，已經(jīng)使錐形區(qū)265和266加熱到足以在表面張力作用下形成圓形端頭267和268的程度。產(chǎn)生的低反射比端面，其典型的背反射小于-55dB。
如果夾具57和58移動相同的距離(已發(fā)現(xiàn)約1-2mm是合適的)，在錐形區(qū)的兩端將形成低反射比的球形端。如僅給上錐形區(qū)265形成球形端，夾具58可移動較大的距離(可能幾厘米)，而夾具57移動1-2mm，由此僅在錐形區(qū)265形成低反射端，錐形區(qū)266移出火焰的影響范圍。
圖26-29及圖12示出靠近真空密封裝置66和67的裝置的工作情況。圖26-29僅示出上真空密封裝置。圖12是不包括任何安裝托架的示意圖，它僅示出卡盤、真空密封裝置和一對初始工作的紫外光源的相對位置。包含在上托架中的元件(見圖的左側)被固定在上抽拉臺299上。包含在下托架中的元件被固定在下抽拉臺300上。密封裝置66由托架286安裝在能夠沿滑板285水平移動的臺280上。在圖26和27中看不到滑板285，因為當裝置處于所示的中性位置時滑板位于臺280內。球形滑板285通過密封移動安裝板282被固定在支撐板283上。支撐板283被固定到耦合器抽拉裝置的上層臺299上。為了便于將上、下抽拉臺299和300精確地相互定位，它們可以被固定到安裝板(未示出)上，安裝板又可被固定到背板200上。
圖26和28示出左上真空密封裝置66。彈性密封體288繞金屬背板289的一個面延伸。彈性密封體288以及背板289的面形成一個腔體296。與腔體296相連的背板289中的孔290與放氣閥76(圖2)連接。放氣閥76和77允許分別控制進入左上真空密封裝置66和左下真空密封裝置67的空氣流速。彈性密封體288是由Dow 591LSR，一種阻燃液體硅酮橡膠制備的。用與制備密封體相同的液體硅酮橡膠把密封體288粘在背板289的表面上。密封體有四個孔，可把四個定位銷292插入這四個孔中，以便正確地把密封體定位在背板289的表面上。在彈性密封體底部的圓柱形凹形區(qū)287接受毛細管12’的頂端。
除了背板289中的孔291與真空源連接外，右上真空密封裝置66(圖29)與左上真空密封裝置相同。圖29還示出真空密封裝置與抽拉卡盤64之間的關系。卡盤安裝板110被固定在支撐板283上。
與每個真空密封裝置相連的是一個氣缸293，其活塞桿294被固定到從托架286延伸的托架295上。能夠驅動氣缸293打開或關閉真空密封裝置。
圖12示出兩個紫外光源297，在抽出耦合器和打開卡盤之后，把光源橫移到示出的位置。在將環(huán)氧樹脂插入管孔的端部前打開光源297，已經(jīng)使環(huán)氧樹脂固化后關閉光源297以及光源370和371。上、下紫外光源297由四桿聯(lián)動機構被分別附著在上、下臺299和300上，由此在環(huán)氧樹脂被固化后這些紫外光源以箭頭297a所指方向收縮并相互背向移動。在這里引作參考的第5268014號美國專利中進一步描述的光源297的功能。
圖30-32示出燃燒器68。燃燒器包括兩個部分310和311，它們被固定到PHD凸輪作用夾持器機構315的側向移動構件312和313上。圖中示出燃燒器打開位置，通過驅動燃燒器關閉機構314能夠關閉燃燒器。部分310和311分別包括環(huán)形區(qū)316和317，它們有多個火焰口319。燃燒器兩半內的分布通道是對稱的，由此從每個火焰口噴出的火焰基本是相同的。通過管道320把氣體和氧提供給燃燒器的每個部分。
燃燒器關閉機構314被固定在托架321上，托架被固定到臺322上。臺322在雙頭箭頭所指的方向沿固定在支撐324的滑板323移動。支撐324包括一個有孔的肋，氣缸327被固定安裝在其中?；钊麠U328的端頭與托架321端頭上的軛連接。支撐324固定在背板200上。
當燃燒器位于圖30示出的被收縮位置時，可方便地點燃火焰。在點燃期間(和燃燒器移動到管子12’期間)，甲烷在對管子12’加熱所需的流量下流動，但是，為了降低產(chǎn)生的熱量，氧是在降低的流量下流動的。當接通氣體和氧氣時，這些氣體向上流到耐火墻330下部的碳化硅電阻點火器329。當氣體點燃時，火焰通過為保護燃燒器上方這些部件由耐火墻形成的通道在+z方向傳播。當燃燒器兩半圍住管子12’后，增大氧的流速，提供的熱火焰足以使管子軟化，從而使管子能坍塌下來并被拉伸。
圖33和34示出環(huán)氧樹脂施加裝置72。環(huán)氧樹脂施加裝置340和341是TS 5000型旋轉微型閥，屬于電機驅動螺旋式給料機構。環(huán)氧樹脂分別從源360和361送給機構340和341，源360和361分別受閥門362和363提供的氣體加壓。來自機構340和341的環(huán)氧樹脂分別通過皮下注射針338和339(圖34中未示出)把環(huán)氧樹脂送到耦合器的端部。裝置340和341由角度和水平調節(jié)裝置安裝到臺345和346上，當電機347和348分別被激勵時，臺345和346沿軌道(未示出)垂直移動。通過分別松開螺母和樞軸安裝板334和335，可調節(jié)裝置340和341的角度方向。安裝板334和335安裝在手工定位臺343和344上，當旋轉柄336和337時，臺343和344提供圖33所示平面內的水平調節(jié)。當裝置處于靠近管子12’的發(fā)放位置時，用上述的角度和水平調節(jié)裝置能夠調節(jié)針尖的發(fā)放位置。
臺345和346安裝在支撐構件350上，支撐構件350安裝在旋轉臺352上，當電機354通電時，旋轉臺相對基板353旋轉?；?53固定臺355上，當電機357通電時，臺355在x方向上沿軌道356平移。軌道356通過安裝托架359安裝在背板200上。
圖35示出紫外光源的定位裝置。分別通過光纜372和373把光提供給紫外光源370和371。光源370和371固定在與L形支撐臂377頂端連接的支柱374上。臂377的相對端固定在旋轉臺379上，當給電機378通電時旋轉臺在基板380上旋轉。旋轉臺基板380安裝在直線臺381上，當給電機383通電時直線臺沿軌道382垂直移動。臂377的靜止位置如圖35所示。
參考圖5能夠理解底部夾具69的工作情況。底部夾具69是由安裝在L形支撐臂391上的機構390操縱的，它是Sommer No.GP-19型紫外凸輪作用夾持器。支撐臂固定到直線臺392上，當給電機通電時，直線臺沿軌道393垂直移動。軌道393安裝在下抽拉臺300上。
制備耦合器通過以下概述的過程可制備出包括第5011251號美國專利(這里引作參考)中所公開的3dB單色耦合器在內的各種1×2耦合器。火焰溫度、拉伸的長度以及毛細管和光纖的特性取決于將要制備的耦合器的特定類型。為了制備第5011251號美國專利中所公開的耦合器，兩個光纖在其外包層中具有不同的氯氣濃度。光纖和保護層的外徑分別為125微米和250微米。涂布的石英毛細管的長度為34毫米，采用的內徑為270微米，外徑為2.8毫米。在管端頭的斗與孔相通。
參考圖8、9和10，玻璃毛細管12從儲料箱13傳送到V形槽構件86，在該處由活塞88將其抵在擋塊89上。傳送夾具92在-z方向上橫移直至它們環(huán)繞管子12為止。驅動夾具夾住管子12，臺101向下移動，由此從管子12上抽出槽86。然后夾具92在+z方向橫移。臂107相對耦合器抽拉裝置63上定位夾具92旋轉，這里，把管子放在抽拉卡盤64和65之前。傳送夾具92在-z方向橫移，使管子(現(xiàn)在用12’表示)的端部區(qū)分別位于上、下卡盤64和65的V形槽中。用夾板113(圖11b和圖12)固定管子。然后在+z方向收縮傳送夾具，臂107旋轉到發(fā)放機構82附近的垂直位置。
為了把纖維17傳送到導管36，激勵氣缸29，從而使?jié)L柱27嚙合在滾柱24上。電機25使?jié)L柱24箭頭24a所示的順時針方向(圖2)轉動。當傳送了足夠量的纖維時，從動滾柱27從主滾柱24上收縮，激勵氣缸31使夾具30相對板條32下降以防止纖維進一步移動。在傳送纖維17期間，定位夾(未示出)貼緊板條32夾住纖維16，以防止其移動。在把纖維傳送到導管36期間，激勵氣缸31，從板條32中縮回夾具30。
給電機53(圖2)通電將止動管51垂直定位在使導管35和36和發(fā)放管44的位置恰好高于帶夾58的位置處。電機25順時針(箭頭24a)旋轉，適當激勵氣缸29和31，使得供料裝置23從導管36的端部送出約2-3cm有涂層纖維17。把帶夾58夾在纖維上。給電機53通電，使導管向上移動到高于帶夾57的位置。當止動管51(和導管36)向上移動時通過導管36拉纖維。把帶夾57夾在有涂層纖維17上。激勵氣缸172和173(圖17)，使得帶夾57和58之間的纖維繃緊，進行涂層剝離操作。
剝離噴嘴59旋轉到水平位置并下降到開始進行剝離的y位置。然后繞旋轉機構194旋轉到噴嘴225(圖20)的端頭鄰近有涂層纖維被剝離區(qū)底端的位置。熱惰性氣體噴口落在有涂層纖維上，然后向上移動，從兩個帶夾之間預定纖維區(qū)(約30mm)上剝離涂層。剝離噴嘴59在x-z平面內旋轉，使熱噴口從有涂層纖維上移開，然后返回到其靜止位置。
球形端處理火炬60從其靜止位置下降到切割纖維17的位置，然后以38.1厘米/分的速率在-z方向上移動。移動到超過纖維之后，火炬60調轉方向，以3.81厘米/分的速率橫穿纖維，由此切割纖維。上夾具57向上移動約1-2mm，下夾具58向下移動幾厘米，從而使錐形端266越出火焰的影響范圍。當火炬60繼續(xù)在+z方向上移動時，正如結合圖22-25所述的，在錐形物211a上形成低反射的圓形端。松開帶夾57和58，從夾具58上去除少量殘留纖維片。在剝離和端處理纖維17的端部后，使纖維17收縮到導管36中。
有時，光纖具有稱之為“纖維卷”的特性，這是由于在纖維不同側面上的應力不等引起的。這會導致夾具57上延伸的纖維端頭彎曲，在纖維被切割后它越出火焰260的影響范圍。通過使從夾具57向下延伸的纖維長度保持較短可以防止這個問題。為此，夾具57與58之間的距離應相對較短，大約4cm或更短是合適的。
將止動管51移動到導管35和36以及發(fā)放管44的位置恰好高于上帶夾57的位置。將剝離噴嘴59旋轉到水平位置，下降再旋轉到熱噴口對準發(fā)放管44之下的位置。同時剝離噴嘴保持靜止，通過熱氣流從導管35饋送纖維16。從大約2.5-7.6cm長的纖維上剝離涂層材料后，旋轉剝離噴嘴59使之從纖維上移開，除1.3cm外把所有纖維16收縮到導管35中。使止動管51向下移動直至纖維16的端頭進入毛細管孔位置。通過管子12’饋送纖維16直至從管子底部延伸出適合形成連接引線(例如，約2米)的長度為止。從發(fā)放管44傳送乙醇滴而通過管子12’饋送纖維。對已經(jīng)進行端剝離的纖維16端進行裂解，把裂解端放入到凸輪操作的纖維拼接組件工具，暫時使之與測量系統(tǒng)46的光源纖維47連接。
從管子12’中收縮止動管51，在相同的速度下傳送纖維，于是在纖維與管子之間不存在相對運動。當導管35超出帶夾57時，閉合帶夾58；然后閉合帶夾57。激勵氣缸172和173，使帶夾57與58之間的纖維繃緊，進行涂層剝離操作。
采用前面結合纖維17所討論的相同方式從纖維16上剝離一部分涂層。產(chǎn)生的裸露區(qū)較管子12’的長度(約30毫米)略短一些。然后帶夾57和58釋放纖維。
收縮纖維16直至從導管35的端頭起已被剝離區(qū)域保持約0.6厘米為止。這時不向著管12’向下移動止動管和導管。
將底部夾具69在纖維16從管12’底部伸展的部份處關上。給電機53和394通電，以相同的速率向下移動止動管51和底部夾具69。當纖維15和16的剝離區(qū)同時向管子12’降下時，從發(fā)放管44饋送乙醇滴。當止動管51向管子12’移動時，從導管36饋送纖維17的剝離端直至纖維17的剝離端大致位于纖維16剝離區(qū)的中心為止。這時不再從導管36饋送纖維17，通過移動止動管51和底部夾具69使兩根纖維繼續(xù)向下直至纖維16中間剝離區(qū)的中心在管子12’的孔中為止。這時使纖維17的頂端大致位于管子12’的縱向中心。然后從導管36饋送纖維17直至鄰近纖維16中間剝離區(qū)延伸的裸露區(qū)通過管中間區(qū)399為止，如圖36所示。
如果在管子12’上纖維17的裸露區(qū)位于纖維16的裸露區(qū)附近，兩個纖維一起向前進入管子12’的孔中，那么，乙醇的表面張力會導致纖維17的裸露區(qū)纏繞纖維16的裸露區(qū)。這會影響過程的重復產(chǎn)生能力。解決這個問題的辦法是，按照如上所述的方法如此傳送纖維，即纖維17的末端降入管孔一半位置時，首先讓纖維16的裸露區(qū)位于管孔中，此后讓剩余距離的纖維17裸露部分進入管孔中直至兩個纖維的定位如圖36所示為止。
關閉底部真空密封裝置67，從管子12’的孔抽取乙醇。這一步大約持續(xù)20-60秒(通常為20秒)，在這期間從管子12’的孔中抽出空氣。通過閥門77空氣也被泄漏到左真空密封裝置67中。
在從管孔真空凈化乙醇期間由系統(tǒng)46進行參考測量。
使止動管51升高并在相同速率下通過管35和36饋送纖維16和17直至管子35、36和44的底部脫離頂部真空密封裝置66為止。
關閉頂部真空密封裝置，對管子12’的孔抽真空?？諝馔ㄟ^閥門76泄漏到真空密封裝置66的一側中，而從真空密封裝置66的另一側抽真空。這產(chǎn)生快速移動的空氣流，它將去除積累在管子12’頂部的任何乙醇。
在任何時候關閉真空密封裝置時出現(xiàn)吸氣器功能，即通過閥門76和77抽吸空氣。吸氣器功能不僅在去除乙醇期間出現(xiàn)而且也在后面將描述的管子坍塌在纖維上和對管子進行拉伸形成耦合器的步驟中，對管孔抽真空期間出現(xiàn)。這對管子步驟坍塌并無損害，因為在該步驟中僅需低水平的真空度。
甲烷在0.5slpm(充分工作的水平)速率下流動，氧在0.1slpm(低于工作水平的水平)速率下流動時，燃燒器部分310和311被點燃。驅動氣缸327使分置式燃燒器68在-x方向上移動，由此對燃燒器部分310和311定位，使得管子12’位于環(huán)形區(qū)域316和317(圖30-32)中心。然后驅動燃燒器關閉機構314，導致燃燒器部分310和311圍繞管子12’。此時將氧流量增加到充分工作水平(1slpm)，管子12’的中間區(qū)399(圖36)被加熱到足夠高的溫度，以致它坍塌在纖維上。此時的真空度為27.9cm汞柱。在將強度最高的火焰加到管子12’后約15-30秒(對于第一次拉伸，通常為22秒)，使臺子299向上移動和臺子300向下移動，由此上、下卡盤64和65在相反的方向上橫移，總長13mm。一旦兩個臺子開始拉伸耦合器，程序控制器在1秒鐘內將氧流量降低為0。由于止動管51和底部夾具69分別安裝在上、下抽拉臺299和300上，它們也隨卡盤65和66分別移動同樣距離。
打開燃燒器68并從+x方向收縮，離開管子12’。
有意識地進行第一次拉伸，得到低于所需耦合的的耦合量。進行光學測量，確定第一次拉伸所產(chǎn)生的耦合量。把這一信息輸入程序控制器，進行第二次拉伸。
按照如上所述點燃燃燒器的火焰，使燃燒器再次在-x方向上移動，包圍管子。在將強度最高的火焰加到管子后約2-10秒(典型情況為8秒)，上、下卡盤64和65再次在相反的方向上橫移，總長2.6mm。一旦兩個臺子開始拉伸耦合器，程序控制器在0.75秒鐘內將氧流量降低為0。打開燃燒器并在+x方向收縮。關閉燃燒器。
管子坍塌和拉伸步驟的組合導致形成具有一個錐形耦合區(qū)401的耦合器400(圖37)。耦合器的長度為49.6mm。
打開真空密封裝置。
把環(huán)氧樹脂儲存到附著在支撐構件350上的容器360和361中。壓力控制器362和363分別將容器360和361的壓力控制在24帕和33帕。環(huán)氧樹脂是下列成分的混合物(a)33.11重量百分的ELC 2500，一種由Electrolite公司制備的環(huán)氧樹脂/光引燃劑摻合物；(b)0.34重量百分的附加光引燃劑；(c)58.23重量百分的焦磷酸鎂填充劑(篩選到35微米)；以及(d)8.32重量百分的由Geltech公司制備的1.5微米石英微球。在25℃、58℃和82℃下，環(huán)氧樹脂的粘度分別為80泊、10-15泊和4泊。
使旋轉臺352旋轉90度(從+y方向頂部觀看時為逆時針方向)，使裝置340和341進一步遠離裝置背板200，以使環(huán)氧樹脂施加裝置向抽拉裝置63橫移時能夠脫離其它裝置。然后在-x方向移動臺子355，在上述方向進一步旋轉旋轉臺352。這將環(huán)氧樹脂施加裝置位于耦合器400(圖37)附近，發(fā)放針338和339從耦合器的端部垂直移開。激勵電機347和348把針定位在圖37所示的斗附近。在環(huán)氧樹脂發(fā)放期間能夠把針定位在斗上(直接在斗上或者在斗中)。
頂部針的角度取向似乎并不重要。針338的尺寸為22號。針的末端直接位于頂部斗上時，對傳動器340激勵1.75秒，送出一滴環(huán)氧樹脂，在重力和毛細作用下環(huán)氧樹脂滴流入到頂部斗和頂部孔中。
采用類似尺寸的針339把環(huán)氧樹脂施加到底部斗中時，不足量的環(huán)氧樹脂進入孔中。其原因如下在最后拉伸步驟期間管子的兩端到達約95℃最大溫度。在施加環(huán)氧樹脂時，管子的頂部和底部的溫度分別下降到約82℃和58℃。此外，在施加環(huán)氧樹脂的同時溫度繼續(xù)下降。這引起如上所述的底部斗中環(huán)氧樹脂粘度高于頂部斗中的環(huán)氧樹脂粘度。另外，底部斗中的環(huán)氧樹脂必須向上流動。為了保證將環(huán)氧樹脂適當?shù)厥┘拥降撞康亩泛涂字行枰扇∠铝胁襟E。以較高的壓力提供被施加到底部斗中的環(huán)氧樹脂，底部針339比頂部針338小，針339的尺寸為18號。針339的取向為偏離垂直方向約30度，通常，針339的取向應當不大于偏離垂直方向45度。這使針339的末端能夠到達斗中較深部位，如圖37所示。此外，可以這樣斜削針339的頂端，使其開口水平取向或者接近水平取向。這引起環(huán)氧樹脂向上進入斗中和孔中。由于環(huán)氧樹脂是在較高壓力下通過較小的針施加到底部的斗中，它向上噴射到斗中并到達孔中，這里，在毛細作用以及由于耦合器溫度下降孔中壓力降低所引起的壓力影響下，它向上流動。將相同的環(huán)氧樹脂量施加到頂部和底部的斗中。由于針的尺寸小，進入底部斗中的流速慢，因此，對致動器341激勵4.2秒將相似的環(huán)氧樹脂滴送到底部的斗中。
給每個斗注入一滴環(huán)氧樹脂后，針從斗中垂直收縮，并從管子12’的縱軸移開。這會引起環(huán)氧樹脂滴從針中釋放。第一次施加環(huán)氧樹脂不足以完全填充斗。如果已經(jīng)完全填充了斗，那么則會形成氣泡，防止環(huán)氧樹脂在孔中前進足夠距離。光源297的紫外光導致環(huán)氧樹脂在流入到孔中一定距離后發(fā)生固化和停止流動。
允許環(huán)氧樹脂橫穿斗并通過毛細作用進入管孔過后3-10秒(通常為5秒)后，再將針338和339放入斗中。給每個斗發(fā)放第二滴環(huán)氧樹脂，這一滴環(huán)氧樹脂足以填滿每個斗。然后環(huán)氧樹脂施加裝置移動到靜止位置。環(huán)氧樹脂填滿斗，斗中的深度約為2.5mm，延伸到孔中的距離約為3.5mm。
在臂377(圖35)的靜止位置中，紫外光源370和371位于同上卡盤64相同的垂直高度上。激勵電機378，使臂377在箭頭385所指的方向旋轉。當處于其充分旋轉的位置時，光源370和371立即位于上夾板113之上和之下。耦合器的溫度低于40℃后，激勵紫外光源370，371對管子12’上端的環(huán)氧樹脂進行固化。在光源370，371位于管子12’的上端的期間，任意地打開上夾板113。能夠用經(jīng)驗方式確定為了拉伸而對耦合器進行加熱的這段時間與耦合器溫度已經(jīng)下降到40℃以下這段時間之間的周期。使臂377旋轉，將光源370和371收縮足夠一段距離以脫離設備。激勵電機383，降低光源的高度，以致在箭頭385所指的方向上再次使臂377旋轉時，這些光源立即位于上夾板113之上和之下，對耦合器400底端中的環(huán)氧樹脂進行固化。如果在這時打開下夾板113，將有更多的紫外光到達環(huán)氧樹脂。
當耦合器經(jīng)過足夠冷卻(30-45秒)時，進行光學測量。
從抽拉卡盤上釋放耦合器機體。
通過纖維供料裝置計量耦合器頂部的纖維引線直至從耦合器頂部延伸的纖維長度約為2米為止。然后用切割工具切割輸出引線，或者通過在導管35和36的端部把纖維16和17彎曲成零半徑切割輸出引線。從抽拉裝置中取出耦合器400。
具體實例是形成1×2耦合器。采用上述制造裝置也能夠制造不同結構的1×N耦合器，如1×6和1×8的耦合器。為了制造1×6的耦合器，可以按照6繞1結構把導管410排列在止動管411(圖38)中?？梢圆捎靡粋€以上的乙醇發(fā)放管。此外，由于需要把導管維持在圖所示的緊密填充陣列中，可以把乙醇發(fā)放管放在止動管的外面。圖中所示的三個發(fā)放管412等間隔環(huán)繞在止動管周圍。
為了制造1×8耦合器，可以按照8繞1的結構把導管420排列在止動管421中，有一個隔離管環(huán)繞中心導管(圖39)。三個發(fā)放管422等間隔環(huán)繞在止動管421周圍。
一種半自動的耦合器制造裝置能夠采用圖4和5所示的一些部件。最重要的部件是纖維供料和插入裝置。當采用已公開的纖維供料裝置時，已公開的真空卡盤是極為有用的，因為從管子12’延伸的纖維與測量系統(tǒng)連接并通過進料管延伸出去。然而，管子12’可以用手工方式插入到卡盤中。如果這么做，卡盤可以具有不同的設計。另外，如果采用手工插入管子，則能夠采用環(huán)形的燃燒器。通過環(huán)形燃燒器插入管子然后將用卡盤卡住其兩端。形成耦合器之后，可以從卡盤上釋放耦合器，脫線進行施加環(huán)氧樹脂和使之固化。
復制特定的功能能夠縮短制造耦合器所需的時間。圖40示出如何通過采用兩個剝離和端處理工作站430和431對裝置10進行改進，給每個工作站430和431設置一個剝離噴嘴、一個球形端面處理火炬和一對類似夾具57和58的夾具。軌道54和54a固定到臺432上，臺子432沿軌道433水平移動。在圖40所表示的情況中，纖維插入裝置預先已經(jīng)位于剝離和端處理站430附近，已經(jīng)準備把裝置50纖維導管內的纖維插入到管12’中。因此，臺子432已經(jīng)移動到圖所示的使纖維能夠插入管子中的位置。纖維插入裝置50a位于剝離和端處理工作站431附近，使得裝置50a纖維導管內的纖維能夠準備插入到管子12’中。采用裝置50的纖維形成耦合器之后，臺子432移動到左側，把另一根管子12’插入到卡盤64中，把裝置50a的纖維插入到管子中。
圖2、15a、15b和16所示的纖維供料裝置和纖維插入裝置允許以遙控方式對一個或多個纖維進行處理同時控制它們相對給定位置和相互之間的絕對位置和取向。在一個以上的工作站上也能夠采用這樣的裝置對光纖定位，每個工作站在光纖上進行一道或多道工序。圖41示出一個其中放有帶涂層光纖441的導管440。導管可以是圖40所示裝置的一部分，由此，它可以分別按箭頭444和443所指的方向作垂直和水平移動。此外，纖維能夠在箭頭442所指的任一方向橫穿管子440。
第一個工作站445可以是一個包含從纖維441端部剝離涂層材料的剝離噴嘴的工作站?？梢园牙w維收縮到管子440中，該管子可移動到第二個工作站446，這里能夠把剝離端插入到磨床中，磨床在纖維端部上形成一個透鏡。能夠把帶透鏡的光纖收縮到管子440中，將其移動到第三個工作站447，這里通過濺射或類似手段在其上淀積一層金。最后產(chǎn)生的纖維可用作激光二極管的引線。在采用激光二極管的光接收關系中，金層能夠使纖維與帶透鏡的端焊接到一個配件上。
權利要求
1.一種光纖耦合器抽拉裝置，其特征在于包括把玻璃管固定在其端部區(qū)上的上、下管卡盤裝置，至少兩個光纖從所述管子的第一端伸出，至少一個光纖從所述管子的第二端伸出，每個所述纖維在所述管子中部區(qū)的這段是裸露的，在從所述管子延伸的這段纖維上有保護層；對所述管子的中部區(qū)域加熱的裝置；固定在所述管子端部的上、下真空密封裝置，在所述被剝離區(qū)域插入所述孔中以后，對所述孔抽真空并維持所述管子端部的封閉；每個所述上、下真空密封裝置包括第一和第二腔體形成構件，每個構件具有一個面部，其周圍設有彈性密封裝置，每個所述密封裝置都有凹形區(qū)，所述的腔體形成構件從拆除所述管子的非活動位置可移動到密封裝置與固定在所述凹形區(qū)之間的所述管子的相鄰端相互接觸的活動位置并延伸到所述腔體形成構件之間形成的腔體中；和對所述腔體抽真空的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的抽真空裝置包括對所述腔體抽真空的所述第一腔體形成構件。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于進一步包括吸出所述腔體中空氣的所述第二腔體形成構件。
4.一種光纖耦合器抽拉裝置，其特征在于包括把玻璃管固定在其端部區(qū)上的上、下管卡盤裝置，至少兩個光纖從所述管子的第一端伸出，至少一個光纖從所述管子的第二端伸出，每個所述纖維在所述管子中部區(qū)的這段是裸露的，在從所述管子延伸的這段纖維上有保護層；對所述管子的中部區(qū)域加熱的裝置；固定在所述管子端部的上、下真空密封裝置，每個所述真空密封裝置都有一個所述管子相鄰端伸出到其中的腔體；對所述腔體抽真空的與腔體上、下真空密封裝置有關的裝置；及吸出所述腔體中空氣的與腔體上、下真空密封裝有關的裝置。
全文摘要
在程序控制器(79)控制下自動地制造光纖耦合器(51)。纖維供料裝置(26)通過管(50)傳送纖維(16－17),纖維(16－17)被儲存在管(50)中。夾具(57－58)向相反的方向拉形成一個錐形耦合區(qū)。環(huán)氧樹脂發(fā)放器把環(huán)氧樹脂發(fā)放到耦合管(12)孔的未坍塌端中。紫外光源(70)使環(huán)氧樹脂固化。通過程序控制器對裝置進行控制可消除操作者的不一致性,提供過程的重現(xiàn)能力。
文檔編號C03B37/012GK1378984SQ0210608
公開日2002年11月13日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權日1995年9月29日
發(fā)明者M·R·巴克爾, M·姆德莫特, W·J·米勒, M·L·莫雷爾, 小W·J·西蒙斯 申請人:康寧股份有限公司